Faber & Computerwolf Art: september 2021

dinsdag 28 september 2021

Hoe werkt cabinedruk in een vliegtuig?

Michal Osmenda from Brussels, Belgium, CC BY-SA 2.0 , via Wikimedia Commons

Op 40.000 voet duurt het zonder drukregeling ongeveer 15 – 20 seconden voordat je bewusteloos raakt: de luchtdruk is in de atmosfeer te laag voor voldoende zuurstofopname. Hoe worden vliegtuigcabines onder druk gezet om passagiers veilig en comfortabel te houden?

Korte geschiedenis van drukcabines

In de beginjaren van de luchtvaart werd de drukregeling grotendeels genegeerd. Men had er nog geen idee van wat de gevolgen zijn voor het menselijk lichaam op zo’n grote hoogte. Maar die werden pijnlijk duidelijk toen drie Franse ballonvaarders in 1987 met hun Zenith-ballon het hoogterecord van 7.400 meter wilden verbreken en waarnemingen doen. Op 26.000 voet verloren ze alle drie het bewustzijn, slechts één van hen kwam weer bij zinnen en overleefde. In 1862 wist een stel Britse ballonvaarders ternauwernood aan de gevaren van optredende hoogteziekte en hypoxie te ontkomen, wat in feite al een waarschuwing had kunnen zijn voor het Franse trio.

Begin 1900 was er nauwelijks belangstelling voor vliegen op grote hoogte. Maar naar gelang de luchtvaart zich verder ontwikkelde werd de mogelijkheid om boven het weer te kunnen vliegen interessant. Begin dertiger jaren verrichtte de Duitse vliegtuigfabrikant Junkers de eerste experimenten met drukcabines. Het eerste vliegtuig dat niet-experimenteel gebruikmaakte van een drukcabine was de Boeing Stratoliner in 1938.

Er zijn vier hoofddoelen om een comfortabele en veilige cabine voor de passagiers te verkrijgen, namelijk: temperatuur, vochtigheid, luchtcirculatie, en cabinedruk. De meeste drukcabines zijn ontworpen voor vliegtuigen die op een standaardhoogte vliegen tussen 25.000 en 50.000 voet. De druk van de cabine daalt over het algemeen tot een hoogte tussen 6.000 en 8.000 voet tijdens kruisvluchten op grote hoogte.

Werking van de drukcabine

Omgevingslucht gaat in een compressor, die óf in de vliegtuigmotor zelf zit óf in een kleine motor achterin de staart (APU). Als lucht samenperst, warmt die snel op. De opgewarmde lucht koelt af door een koeleenheid, zoals een brandstof-lucht-warmtewisselaar. Via leidingen wordt deze lucht dan in de cabine gebracht. Een reeks overstroom- of uitstroomkleppen regelt hoe snel er lucht uit de cabine wordt gelaten. Er komt sneller lucht in de cabine dan er wordt afgegeven, waardoor een cabineomgeving met hoge druk ontstaat.

Er zijn drie soorten drukregelsystemen:

Isobarisch: Het meest voorkomende systeem, waarbij de cabinedruk op een constante waarde wordt gehouden, ongeacht de buitenluchtdruk.
Isobarisch differentieel: Bij militaire gevechtsvliegtuigen begint de drukregeling meteen al bij het opstijgen en gaat door totdat de cabine een vooraf ingestelde hoogte heeft bereikt. Daarna wordt het verschil tussen de cabinedruk en buitendruk gelijk gehouden.
Afgedichte cabine: Alleen gebruikt in ruimtevaartuigen, waar het toestel zijn eigen voorraad gassen draagt.

Moderne drukcabines

Hoewel het algemene concept van drukregeling in commerciële vliegtuigen in de afgelopen vijftig jaar niet veel veranderd is, zijn de cabinehoogtes wel veranderd. De Boeing 787 en Airbus A350 hebben een maximale cabinedruk van 6.000 voet. Dat is aanzienlijk beter dan de 7.500-8.500 voet die je in oudere vliegtuigen vindt. Op lange vluchten zullen passagiers als gevolg van de lagere cabinedruk nog weer minder negatieve gezondheidseffecten (zoals uitdroging en een pijnlijk gevoel in de oren) ondervinden van een omgeving op grote hoogte. Vliegtuigen met een drukcabine zijn altijd uitgerust met zuurstofmaskers die bij drukverlies automatisch uit het plafond vallen. Om het gebruik ervan aan de passagiers duidelijk te maken wordt dit bij de aanvang van iedere vlucht gedemonstreerd. Het cabinedruksysteem, het ECS (Environmental Control System), zorgt tevens voor ventilatie en verwarming van de cabine. Door de voortdurend wisselende druk op de constructie is een drukcabine eerder onderhevig aan metaalmoeheid. Als de structurele integriteit van de drukcabine tijdens de vlucht bijvoorbeeld door een explosief binnen of buiten het toestel verloren gaat, stroomt de lucht met grote kracht naar buiten. Deze zogeheten explosieve decompressie is doorgaans fataal voor het vliegtuig en de inzittenden.

maandag 27 september 2021

Bijzondere vliegtuigen: het verhaal van NASA’s Shuttle Carriers

NASA/Carla Thomas, Public domain, via Wikimedia Commons

De Shuttle Carrier Aircraft (SCA) bestond uit twee Boeings 747 die deel uitmaakten van de vloot van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie National Aeronautics and Space Administration (NASA). Beide Jumbo’s dienden als een bijzondere taxi voor de Space Shuttles. De iconische dubbeldekkers transporteerden ze door heel Amerika.

NASA’s vliegtuigen in actie

De twee Boeings 747-100 zijn gedurende 35 jaar voor verschillende doeleinden ingezet met als voornaamste taak het vervoer van de Space Shuttles. Vooral aan het begin van het Space Shutttle-programma landden de ruimtevaartuigen vaak in de woestijn van Californië. De Edwards Air Force Base beschikt over een lange baan die zich prima leende als landingsplaats voor de Space Shuttle. De Shuttles werden echter uitsluitend vanuit het Kennedy Space Center in Florida gelanceerd. Omdat de ruimtevaartuigen niet op eigen kracht van Californië naar Florida konden vliegen kwamen de beide Boeings 747 eraan te pas om ze op hun rug te vervoeren.

In de ontwikkelingsfase van de Space Shuttle werden de Boeings al ingezet. Met een prototype van de Shuttle, de Enterprise, werden verschillende approach- en landingstesten uitgevoerd om de aerodynamische eigenschappen van het ruimteveer zo accuraat mogelijk in kaart te brengen. Middenin een vlucht werd het prototype van de rug van de Boeing afgeworpen waarna het ruimteveer los kon vliegen en landingstesten kon uitvoeren.

NASA/Tony Landis, Public domain, via Wikimedia Commons

N905NA

De eerste Boeing 747 die NASA aanschafte was een 100-versie. De levering van deze machine, met registratie N905NA, vond initieel plaats aan American Airlines, maar door een afname van het luchtverkeer besloot de maatschappij haar te verkopen. In juli 1974 kwam het vliegtuig officieel in de vloot van NASA waarna het werd ingezet voor testvluchten. In de eerste periode droeg deze Jumbo nog de American Airlines-kleurstelling met de kenmerkende blauwe, witte en rode strepen op de romp.

In 1976 vloog NASA het toestel terug naar Boeing voor grote modificaties. Omdat de 747 niet ontworpen was om een Shuttle te dragen, werden de cabine, cockpit, romp en staart onder handen genomen. Als laatste volgde de bevestiging van speciale punten om de ruimteveertuigen daadwerkelijk op de rug te kunnen plaatsen. Pas in 1983 kreeg het vliegtuig de NASA-kleuren.

Het vliegen met een Shuttle zorgde voor een extreme toename van gewicht en weerstand. Daarom hadden de beide 747’s slechts een maximale vliegafstand van 1.900 kilometer, zo’n twintig procent van de originele variant. Ook mochten deze Jumbo’s niet hoger dan 15.000 voet vliegen en niet sneller gaan dan Mach 0.6.

NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

N911NA

Het tweede toestel kwam pas in 1988 in de vloot van NASA. De N911NA is een Boeing 747-100SR, een Short Range versie van de 100-serie. Het vliegtuig werd in eerste instantie in 1973 afgeleverd aan Japan Airlines. Bij deze maatschappij vloog het toestel op hoge capaciteitsroutes in het binnenland van Japan. NASA bouwde deze Jumbo later om voor het vervoer van de Space Shuttles. Pas in 1991 vloog de machine haar eerste Shuttle-missie. In 2012 werd zij al weer buiten dienst gesteld waarna zij korte tijd diende voor reserveonderdelen voor de andere machine en de SOFIA-luchttelescoop.

NASA Photo by Carla Thomas. ke4roh rotated, cropped, and adjusted contrast., Public domain, via Wikimedia Commons

Waar zijn de NASA-toestellen nu?

Toen het Space Shuttle-programma ten einde liep volgde de verdeling van de Shuttles over verschillende musea in Amerika. De laatste vlucht met een Shuttle, Endeavour, werd uitgevoerd van het Kennedy Space Center naar Los Angeles met verschillende low passes boven allerlei herkenningspunten van de stad. Hierna kreeg ook de N905NA geen nieuwe missies meer. Uitfasering volgde in 2013. Met beide 747’s ging het eveneens richting musea. De N905NA is te zien bij het Houston Space Center met een replica-Space Shuttle erop gemonteerd. De N911NA werd, na verwijdering van alle bruikbare onderdelen, getransporteerd naar het Joe Davies Heritage Air Park in Palmdale, Californië.

NASA heeft momenteel nog één 747SP in haar vloot.

dinsdag 14 september 2021

Is kunstmatige intelligentie echt zo gevaarlijk als in films?

In Hollywoodklassiekers als Blade Runner, Terminator en 2001: A Space Odyssey worden computers de baas, met akelige gevolgen voor de mens. Frank van Harmelen, hoogleraar kunstmatige intelligentie aan de Vrije Universiteit Amsterdam, wil penarie voorkomen door systemen beter te leren begrijpen.

Heeft kunstmatige intelligentie (ook bekend als artificial intelligence of AI) nu al gevaarlijke trekjes?

Frank van Harmelen: ‘AI kan heel ingrijpend zijn. Bijvoorbeeld wanneer je het inzet om zelfstandig te bepalen waar de politie patrouilleert of medisch advies te geven. Kunstmatige intelligentie kan heel goed herkennen of er een tumor op een scan staat. Maar de volgende stap, namelijk de behandeling van de tumor bepalen, moet je pas aan het systeem overlaten als je zeker weet dat de adviezen goed genoeg zijn.’

Welk soort fouten maakt AI?

‘Als een computersysteem een oplossing zoekt, krijg je soms rare resultaten. In de jaren 70 had de Amerikaanse marine al een zelflerend programma dat een virtuele vloot bestuurde. Daarin vaagde de computer eerst de eigen bootjes weg. Want dan kreeg hij er volgens de regels een paar extra bootjes bij en versloeg hij de vijand het vaakst. In 2001: A Space Odyssey moest de boordcomputer het ruimteschip veilig houden. Niemand had voorzien dat hij de astronauten uit de weg zou ruimen, omdat hij die als een gevaar voor de missie zag.’

Kunnen we begrijpen hoe kunstmatige intelligentie denkt?

‘Dat is lastig. Het systeem heeft zelf geleerd oplossingen te zoeken, en je ziet niet vanaf de buitenkant hoe dat gaat. Dit noemen we de black box. Onderzoekers werken aan manieren om de black box doorzichtiger te maken. Je kunt proberen de beslissingen om te zetten in mensentaal, waardoor wij het ook begrijpen. Zo kijkt een systeem voor fotoherkenning bijvoorbeeld naar kleurcontrast op een bepaald deel van het gezicht, dat deel kun je vertalen en duiden als de haargrens. Je kunt ook delen van het gezicht afplakken: zo meet je welke input de herkenning van de foto het sterkst beïnvloedt.’

Wanneer is kunstmatige intelligentie goed genoeg om beslissingen te mogen nemen?

‘De kwaliteit van kunstmatige intelligentie moet opwegen tegen het doel. Je kunt best een systeem aanbevelingen in een webshop laten geven. Maar een ruimtemissie leiden is nog geen goed idee. Zolang we verstandig kiezen waar we AI inzetten, kan het ons niet te grazen nemen zoals de boordcomputer dat doet in 2001: A Space Odyssey.’

Worden computers slimmer dan mensen?

Menselijke intelligentie is als een allroundschaatser: best goed in allerlei onderdelen. Computers blinken uit in specialismes, zoals data onthouden en rekenen. En sinds AI zo’n tien jaar geleden in een stroomversnelling kwam, zijn ze goed in foto’s categoriseren, vertalen en andere soorten patroonherkenning.

‘Toch maken ze daarin rare fouten’, zegt hoogleraar cognitieve psychologie Stefan van der Stigchel (Universiteit Utrecht). ‘Ze zien bijvoorbeeld een krentenmuffin aan voor een chihuahua. En een gesprek voeren of een verhaal schrijven is voor computers ook te hoog gegrepen. Het ontbreekt ze aan wereldkennis: het combineren van allerlei praktische informatie. Daar zijn mensen juist erg goed in.’ Het zou hem niet verbazen als computers deze achterstand kunnen inhalen als we onze eigen hersenen beter gaan begrijpen. ‘Als we hun werking kunnen nabouwen in kunstmatig intelligente systemen, kunnen computers ons ook op dat vlak verslaan. Maar het kan nog decennia duren voordat het zover is.’

maandag 13 september 2021

Hoe schadelijk is suiker voor je gezondheid?

Enige tijd geleden verscheen een nieuw rapport over suiker van de Raad voor Volksgezondheid en Samenleving. Dat zette de suikertaks weer op de politieke agenda. Hoe slecht is suiker eigenlijk voor je?

Om te beginnen: suiker an sich is niet slecht voor je. Je hebt het goedje nodig om te kunnen denken en bewegen. Echter, te veel suiker kan wel slecht voor je zijn en leiden tot ernstige lichamelijke klachten. Suiker is niet meer weg te denken uit ons dagelijks voedsel. Niet alleen voor de hand liggende etenswaren als frisdrank en snoep, maar ook brood, vlees, kant-en-klaarmaaltijden, sauzen en nog veel meer producten bevatten suiker om de smaak te verbeteren.

Korte suikerketens

Suikers zijn enkelvoudige koolhydraten. De complexe koolhydraten die je binnenkrijgt door het eten van bijvoorbeeld groenten, fruit en peulvruchten bestaan uit lange suikerketens. Het duurt een tijd voordat deze ketens zijn afgebroken tijdens de spijsvertering, waardoor het lichaam langer van energie wordt voorzien.

De keten van bewerkte suikers is veel korter en daardoor worden de suikers veel sneller afgegeven aan het bloed en ontstaat er een suikerpiek. De alvleesklier moet vervolgens veel insuline produceren om de bloedsuikerspiegel weer stabiel te krijgen. Aangezien ons lichaam niet ontworpen is om grote hoeveelheden suiker te verwerken, kunnen er gezondheidsproblemen ontstaan.

Suiker …

is schadelijk voor de lever. Aan frisdranken, snoep en veel kant-en-klare producten wordt veel fructose (in de volksmond ook wel ‘vruchtensuiker’ genoemd) toegevoegd en omdat het lichaam dat niet zomaar kan gebruiken, moet het door de lever eerst worden omgezet in glucose. Bij veel fructosegebruik kan het orgaan overbelast raken en een schadelijke leververvetting ontstaan. Fructose is van nature te vinden in fruit. Hierin is het niet schadelijk, omdat het hier gaat om kleine hoeveelheden.
veroorzaakt diabetes type 2: als je veel suiker eet, kan er insulineresistentie ontstaan. Het lichaam moet steeds meer insuline produceren om hetzelfde effect te bereiken. Na een tijd worden de cellen ongevoelig voor insuline en dat is een voorloper van diabetes type 2.
vergroot de kans op hartfalen: suiker heeft een negatieve invloed op de pompwerking van het hart.
verhoogt de bloeddruk: door een te grote inname van suiker kan er overgewicht ontstaan en dat is een grote risicofactor voor hoge bloeddruk. Dat kan weer leiden tot hart- en vaatziekten.
verhoogt het risico op kanker: insuline is een hormoon dat de groei van cellen reguleert. Hierdoor geloven veel onderzoekers dat constant verhoogde insulinegehaltes kunnen bijdragen aan het ontstaan van kanker.
zorgt voor vermoeidheid: het blijkt dat het 30 minuten duurt voordat een energiepiek door suiker verandert in vermoeidheid. Door deze energieschommelingen krijg je opnieuw zin in suiker en beland je in een vicieuze cirkel. Suiker activeert ook de aanmaak van serotonine, een stofje dat de slaap reguleert en ook invloed heeft op vermoeidheid.

Suikerconsumptie daalt

Sinds 1987 vraagt het RIVM iedere paar jaar aan tienduizenden Nederlanders tot tachtig jaar bij te houden wat ze eten. En wat blijkt uit deze peiling: ondanks het enorme en toenemende aanbod van suikerhoudende snacks en ander voedsel daalt de suikerconsumptie gestaag. Ter illustratie: in 2012 aten we jaarlijks 26 kilo toegevoegde suiker, vier jaar later was dat 22 kilo. Daarmee staan we nog steeds wel hoog in de internationale ranglijsten. Volgens onderzoeksbureau Euromonitor International worden we alleen afgetroefd als zoetekauwen door de Amerikanen en de Duitsers.

In welke producten zitten de meeste toegevoegde suikers?

Suiker en snoepgoed: 28,1%
Non-alcoholische dranken: 23,6%
Koek en gebak: 19%
Zuivel: 13,6%
Sauzen en smaakversterkers: 6,8%
Brood, granen, rijst & pasta: 3%
Alcoholische dranken: 1,3%
Overige: 4,6%

Toegevoegde suikers zijn suikers die worden toegevoegd tijdens de bereiding van voedingsmiddelen, zowel in de fabriek als thuis. Voorbeelden daarvan zijn sacharose, dextrose, glucose-fructosestroop en honing.

Suiker = suiker

Zoals boven beschreven komen de meeste toegevoegde suikers die we dagelijks binnenkrijgen uit suiker zelf, snoep en niet-alcoholische dranken. Populaire suikervervangers als kokosbloesemsuiker en ahorn- of agavesiroop mogen dan een stuk gezonder klinken, dat zijn ze zeker niet. Het maakt voor de verwerking in het lichaam namelijk niet uit of je een suikerklontje eet of een banaan. De suiker erin is hetzelfde. Dat je toch beter voor de banaan kunt kiezen, zit hem in het feit dat een banaan meer gezonde voedingsstoffen bevat zoals vezels, kalium en vitamine B.

Suiker is overigens ook verslavend. Bij het eten van suiker komt dopamine vrij in de hersenen wat zorgt voor een blij gevoel. Net als met andere drugs heb je steeds meer suiker nodig om hetzelfde blije gevoel te ervaren. Als je veel suiker eet en daarmee wilt stoppen, is de kans groot dat je afkickverschijnselen als trillen en angst ontwikkelt!

Suikeroverdosis

Uit de Voedselconsumptiepeiling van het RIVM blijkt dat op het platteland meer suiker wordt gegeten. Én dat jongens tussen de negen en dertien jaar de grootste suikereters van Nederland zijn. Zij werken gemiddeld 88 gram toegevoegde suiker per dag naar binnen. Vrouwen tussen de 70 en 79 jaar eten met minder dan 40 gram per dag het minst daarvan. En mocht je opa en oma de schuld willen geven van je stuiterende kleuter na een logeerpartijtje omdat zij alle snoep in huis aan je kind hebben gevoerd? Die boost aan energie is helaas niet te wijten aan een suikeroverdosis. Dat suiker leidt tot hyperactiviteit is namelijk nooit wetenschappelijk bewezen.

Suiker en overgewicht

Anders dan je misschien zou verwachten, gebruiken Nederlanders met overgewicht minder suiker dan de rest van de bevolking. Misschien durven ze in de peiling niet helemaal eerlijk te zijn over hun gebruik of eten ze minder suiker omdat ze wat kilo’s kwijt willen. De Wereldgezondheidsorganisatie raadt mensen dan wel aan om de inname van suiker te beperken, maar zegt tegelijkertijd dat het verband tussen suiker en overgewicht niet onomstotelijk vaststaat. Dikker word je namelijk ook van andere koolhydraten en vet.

De Nederlandse Gezondheidsraad dringt er wel op aan om minder suikerhoudende dranken te nuttigen. Die verhogen namelijk bewezen het risico op overgewicht en diabetes. Overgewicht is een groeiend probleem in Nederland en er is steeds meer bewijs voor dat mensen door prijsmaatregelen minder ongezonde producten kopen en eten. De raad ziet daarom een suikertaks als middel om dat doel te bereiken.

Minder suiker

Wil je gezonder gaan eten? Het helpt om deze 3 stappen te zetten:

🍰 1. Maak je doel concreet. Bijvoorbeeld: ik neem geen koekje meer bij de thee.
🍭 2. Stel vast waarom je het belangrijk vindt om gezonder te gaan eten. Bijvoorbeeld: ik wil het goede voorbeeld geven aan mijn kind.
🍫 3. Bedenk van te voren al het alternatief. Bijvoorbeeld: ALS ik trek heb in een koekje, DAN neem ik een rijstwafel.